Rheology of structured liquids. Flow regimes and rheological equations

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A system of rheological equations is presented, obtained on the basis of structural-kinetic representations, which describes viscous and elastic properties of structured liquids, namely concentrated suspensions, emulsions, micellar solutions, solutions and polymer melts. The structural model equations hold for equilibrium steady-state flow and for equilibrium oscillating flow. The equations are suitable for approximating rheological curves τ(γ.), N1(γ.), G,,(ω), G,(ω), at individual intervals of shear rate or oscillation frequency. Each such interval corresponds to a certain state of the structure. As an example, the results of approximation of shear viscosity curves for polymer solution, micellar solution and emulsion are given.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. N. Matveenko

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

Author for correspondence.
Email: 13121946VNM@gmail.com

Химический факультет

Russian Federation, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр.3, ГСП-1

E. A. Kirsanov

Государственный социально-гуманитарный университет

Email: 13121946VNM@gmail.com
Russian Federation, 140411, Московская обл., Коломна, ул. Зелёная, д. 30

References

  1. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.: Химия, 1977. 440 C.
  2. Hunter R.J. Rheology of colloidal dispersions. Oxford University Press. 1989. P. 993–1052.
  3. Barnes H.A., Hutton J.F., Walters K. An introduction to rheology. Amsterdam: Elsevier. 1989. 199 P.
  4. Barnes H.A. A Handbook of elementary rheology. Aberystwyth: University of Wales. 2000. 201 P.
  5. Шрамм Г. Основы практической реологии и реометрии / пер. с англ. под ред. В. Г. Куличихина. Москва: КолосС. 2003. 312 C.
  6. Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения / пер. с англ. Санкт-Петербург: Профессия. 2007. 560 C.
  7. Larson R. G. The structure and rheology of complex fluids. New York, Oxford: Oxford University Press. 1999. 668 P.
  8. Кирсанов Е.А. Течение дисперсных и жидкокристаллических систем. Иваново: Изд.-во «Ивановский государственный университет». 2006. 232 C.
  9. Кирсанов Е. А., Матвеенко В. Н. Неньютоновское течение дисперсных, полимерных и жидкокристаллических систем. Структурный подход. Москва: Техносфера. 2016. 384 C.
  10. Casson N. A flow equation for pigment-oil suspensions of the printing ink type // Rheology of disperse systems / ed. Mill C.C. London: Pergamon Press. 1959. P. 84–104.
  11. Cross M. Rheology of non-newtonian fluids: a new flow equation for pseudoplastic systems // J. Colloid Sci. 1965. V. 20. P. 417–437.
  12. Матвеенко В.Н., Кирсанов Е.А. Структурное обоснование неньютоновского течения // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2017. Т. 58. № 2. С. 59–82.
  13. Матвеенко В. Н., Кирсанов Е. А. Структурная вязкость и структурная упругость полимерных расплавов // Журн. прикл. химии. 2018. Т. 91. № 5. С. 72–748.
  14. Матвеенко В. Н., Кирсанов Е. А. Структурная модель вязкоупругости полимеров // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2019. Т. 60. № 4. С. 207–225.
  15. Матвеенко В.Н., Кирсанов Е.А. Реология расплава полидиметилсилоксана. Структурный подход // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2022. Т. 63. № 2. С.55–68.
  16. Матвеенко В.Н., Кирсанов Е.А. Нормальные напряжения в реологии структурированных систем // Вестник Московского университета. Серия 2. Химия. 2022. Т. 63. № 3. С. 187–204.
  17. Левинский А.И. К реологии тиксотропных и реопексных суспензий // Колл. Журнал. 2023. Т. 85. № 6. С. 762–767. https://doi.org/10.31857/S0023291223600591
  18. Yufei Wei. Investigating and modeling the rheology and flow instabilities of thixotropic yield stress fluids. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Chemical Engineering). University of Michigan. 2019. 139 P.
  19. Ebagninin K. W., Benchabane A., Bekkour K. Rheological characterization of poly(ethylene oxide) solutions of different molecular weights // J. Colloid Interface Sci. 2009. V. 336. № 1. P. 360–367. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.03.01
  20. Cressely R., Hartmann V. Rheological behaviour and shear thickening exhibited by aqueous CTAB micellar solutions // Eur. Phys. J. B. 1998. V. 6. P. 57–62. https://doi.org/10.1007/s100510050526
  21. Rajinder Pal. New generalized viscosity model for non-colloidal suspensions and emulsions // Fluids. 2020. V. 5. № 3. 150. P. 1–28. https://doi.org/10.3390/fluids5030150
  22. Mehdi Maleki, Clément de Loubens, Hugues Bodiguel. Viscous resuspension of droplets // Phys. Rev. Fluid. 2022. V. 7. № 1. P. L011602. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.7.L011602
  23. Федоров Ю. И., Михайлов А. С. Применение обобщенного уравнения течения для высоконаполненных полимерных систем // Вестник технологического университета. 2020. Т. 23. № 8. С. 90–93.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependence of viscosity on shear rate in double logarithmic coordinates for aqueous solution of polyethylene oxide with a mass concentration of 2.5%. Experimental data from [19].

Download (61KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of shear stress on shear rate in root coordinates for aqueous solution of polyethylene oxide with a mass concentration of 2.5%. a - on the full range of shear rates; b - on the range of low shear rates.

Download (118KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of viscosity on shear rate in double logarithmic coordinates for CTAB/NaSal micellar solution with surfactant concentration CD(M) = 0.08. Experimental data from [20].

Download (61KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of shear stress on shear rate in root coordinates for CTAB/NaSal micellar solution with surfactant concentration CD(M) = 0.08. a - at full shear rate interval; b - at low shear rate interval.

Download (122KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of viscosity on shear rate in double logarithmic coordinates for aqueous emulsion of oil with volume concentration = 0.8.Experimental data from [7].

Download (54KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of shear stress on shear rate in root coordinates for aqueous oil emulsion with volume concentration = 0.8: a - at full shear rate interval; b - at low shear rate interval.

Download (95KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences